微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 电源设计 > 基于降压型PWM的DC-DC转换器的控制方案

基于降压型PWM的DC-DC转换器的控制方案

时间:01-27 来源:互联网 点击:

,因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。

电源管理芯片实际上也是指具有自动控制环路和保护电路的DC-DC变换芯片,是开关电源的核心控制芯片。电源管理芯片在90年代中后期问世,由于替换了大部分分立器件,使开关电源的整体性能得到大幅度提高,同时降低了成本,因而显示出强大的生命力。

我国开关电源起源于1970年代末期,到1980年代中期,开关电源产品开始推广应用。那时的开关电源产品采用的是频率为20 kHz以下的PWM技术,其效率只能达到60%~70%。经过20多年的不断发展,新型功率器件的研发为开关电源的高频化莫定了基础,功率MOSFET和IGBT的应用使中、小功率开关电源工作频率高达到400kHz(AC/DC)和1MHz(DC/DC)。软开关技术的出现,真正实现了开关电源的高频化,它不仅可以减少电源的体积和重量,而且提高了开关电源的效率。目前,采用软开关技术的国产开关电源,其效率已达到93%。但是,目前我国的开关电源技术与世界上先进的国家相比仍有较大的差距。

1.1 开关电源的发展史

开关电源的发展历史可以追溯到几十年前,可分为下列几个时期:1.电子管稳压电源时期(1950年代)。此时期主要为电子管直流电源和磁饱和交流电源,这种电源体积大、耗能多、效率低。

2.晶体管稳压电源时期(1960年代-1970年代中期)。随着晶体管技术的发展,晶体管稳压电源得到迅速发展,电子管稳压电源逐渐被淘汰。

3.低性能稳压电源时期(1970年代-1980年代末期)。出现了晶体管自激式开关稳压电源,工作频率在20kHz以下,工作效率60%左右。随着压控率器件的出现,促进了电源技术的极大发展,它可使兆瓦级的逆变电源设计简化,可取代需要强迫换流的晶闸管,目前仍在使用。功率MOSFET的出现,构成了高频电力电子技术,其开关频率可达l00kHz以上,并且可并联大电流输出。

4.高性能的开关稳压电源时期(1990年代~至今)。随着新型功率器件和脉宽调制(PWM)电路的出现和各种零电压、零电流变换拓扑电路的广泛应用出现了小体积、高效率、高可靠性的混合集成DC-DC电源。1.2 开关电源的发展展望

1.半导体和电路器件是开关电源发展的重要支撑。

2.高频、高效、低压化、标准化是开关电源主要发展趋势:

1)低电压化

半导体工艺等级在未来十年将从0.18微米向50纳米工艺迈进,芯片所需最低电压最终将变为0.6V,但输出电流将朝着大电流方向发展。

2)高效化

应用各种软开关技术,包括无源无损软开关技术、有源软开关技术,如ZVS/ZCS谐振、准谐振;恒频零开关技术;零电压、零电流转换技术及目前同步整流用MOSFET代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率,而效率的提高使得敞开式无散热器的电源模块有了实现的可能。

3)大电流、高密度化

4)高频化

为了缩小开关电源的体积,提高电源的功率密度并改善其动态响应,小功率DC-DC变换器的开关频率已将现在的200~500kHz提高到1MHz以上,但高频化又会产生新的问题,如开关损耗以及无源元件的损耗增大,高频寄生参数以及高频电磁干扰增大等。

5)在封装结构上正朝着薄型,甚至超薄型方向发展

2.降压型PWM AC-DC开关电源设计的基本要求

设计一款降压型PWM AC-DC开关电源,设计参数如下:

输入参数:

1.输入交流电压:单相AC220V

2.输入电压变动范围: 20%

3.输入频率:50Hz 2Hz输出参数:

1.输出直流电压:24V

2.输出功率:约200W

设计基本要求:

1.设计主电路;

2.设计控制电路和保护电路;

3.计算主电路电力电子器件参数;

4.绘制主电路、控制电路和保护电路电路图;

5.绘制完整电路图。

3.电路总体方案的设计及相关原理

电源有一种输入,即单相220V交流电压,设计输入电压变动范围为 20%。有一种输出:24V直流电压,输出功率约为200W。交流220V经过一个滤波整流电路后得到直流电压,送入DC-DC降压斩波电路,控制电路提供控制信号控制IGBT的关断,调节直流电压的占空比,最后经过LC滤波电路的到所需电压。通过对输出电压的取样,比较和放大,调节控制脉冲的宽度,以达到稳压输出的目的。开关电源原理框图如下:

整流部分是利用具有单向导通性的二极管构成桥式电路来实现的;滤波部分是利用电容电感器件的储能效应,构成LC电路来实现的;降压部分是利用降压斩波电路来实现,控制方式为脉宽调制控制(PWM),即在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。本次设计的开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期(T=ton+toff),再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈,以调节导通时间ton,最终控制

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top